چرا پیر می‌شویم؟ بررسی نقش تلومر و تلومراز در روند پیری و طول عمر

از آغاز تاریخ، رؤیای جاودانگی در ذهن و فرهنگ انسان‌ها جایگاهی برجسته داشته است. از افسانه‌های کهن سومریان و مصریان گرفته تا فلسفه‌های هند و اسطوره‌های یونانی، آرزوی فرار از مرگ و دستیابی به زندگی جاودانه، بخش مهمی از تلاش‌های فکری بشر را شکل داده است. اما واقعیت زیستی، پیری و مرگ را به‌عنوان بخش جدایی‌ناپذیر از حیات تحمیل کرده است.

پیری به‌عنوان یک فرآیند بیولوژیکی، شامل تغییرات تدریجی در عملکرد سلول‌ها و اندام‌هاست که منجر به کاهش توانایی تطبیق بدن با شرایط محیطی، ضعف در ترمیم آسیب‌ها و افزایش احتمال بروز بیماری‌ها و نهایتاً مرگ می‌شود. این واقعیت زیستی موجب شده است که بشر به‌دنبال کشف راه‌هایی برای افزایش طول عمر و کیفیت زندگی باشد.

در قرن‌های اخیر، با پیشرفت علم و فناوری، تلاش‌های علمی برای درک مکانیزم‌های مولکولی پیری و یافتن راه‌های افزایش طول عمر و سلامت، شدت بیشتری یافته است. یکی از مهم‌ترین دستاوردهای این حوزه، کشف ساختار و نقش تلومرها و آنزیم تلومراز در پیری سلولی و طول عمر بوده است.

تلومرها بخش‌های انتهایی کروموزوم‌ها هستند که مانند کلاهکی از انتهای DNA محافظت می‌کنند و نقش مهمی در پایداری ژنومی و چرخه حیات سلولی ایفا می‌کنند. تلومراز، آنزیمی است که وظیفه بازسازی و حفظ طول تلومرها را دارد و عدم فعالیت یا کاهش فعالیت این آنزیم، یکی از دلایل کلیدی کوتاه شدن تلومرها و درنتیجه پیری سلولی است.

این مقاله با تمرکز بر بررسی دقیق نقش تلومرها و تلومراز در فرآیند پیری و ارتباط آن با طول عمر، به بررسی زیست‌شناسی پیری و ابعاد مولکولی و سلولی آن پرداخته و با تحلیل یافته‌های علمی، به تبیین عمیق این مفهوم در علم امروز می‌پردازد.

بخش ۱: زیست‌شناسی پیری

تعریف پیری: پیری یک فرآیند پیچیده و تدریجی است که شامل کاهش عملکرد فیزیولوژیک و افزایش احتمال ابتلا به بیماری‌ها و مرگ می‌شود. از منظر زمانی، پیری به‌معنای افزایش سن تقویمی است، در حالی که پیری بیولوژیکی به تغییرات سلولی و مولکولی اشاره دارد که باعث کاهش عملکرد اندام‌ها می‌شود و ممکن است با سن تقویمی یکسان نباشد.

علائم قابل مشاهده پیری: در سطح موجود زنده، علائمی مانند کاهش قدرت عضلانی، کاهش تراکم استخوان، چین‌وچروک پوست و ضعف سیستم ایمنی مشاهده می‌شود. در سطح سلولی، کاهش توانایی تقسیم سلولی، افزایش آسیب‌های DNA، تجمع پروتئین‌های آسیب‌دیده و اختلال عملکرد میتوکندری از نشانه‌های اصلی پیری هستند.

نظریه‌های انباشت آسیب: این نظریه‌ها پیری را نتیجه انباشت تدریجی آسیب‌ها در سلول‌ها می‌دانند. استرس اکسیداتیو به تولید رادیکال‌های آزاد منجر شده و آسیب به DNA، پروتئین‌ها و لیپیدها ایجاد می‌کند. اختلال عملکرد میتوکندری باعث کاهش تولید انرژی و افزایش تولید گونه‌های فعال اکسیژن می‌شود. آسیب به DNA و اختلال در ترمیم آن نیز باعث ناپایداری ژنومی و تسریع پیری می‌شود.

نظریه‌های تکاملی پیری: نظریه انباشت جهش‌ها بیان می‌کند که جهش‌هایی که در سنین بالاتر رخ می‌دهند، تحت فشار انتخاب طبیعی قرار نمی‌گیرند و می‌توانند انباشته شوند. نظریه پلیوتروپی آنتاگونیستی معتقد است ژن‌هایی که در جوانی سودمند هستند، ممکن است در سنین بالا اثرات منفی داشته باشند. نظریه سوماتیک یک‌بار مصرف نیز می‌گوید بدن منابع خود را به تولیدمثل و بقا اختصاص می‌دهد و سرمایه‌گذاری کافی برای تعمیرات و نگهداری در دوره پس از تولیدمثل انجام نمی‌شود، که به پیری منجر می‌شود.

بخش ۲: کروموزوم‌ها، DNA و تقسیم سلولی

ساختار DNA: DNA از واحدهایی به نام نوکلئوتید تشکیل شده است که شامل یک قند پنج‌کربنه، یک گروه فسفات و یک باز نیتروژنی هستند. ساختار DNA به شکل مارپیچ دوگانه است که دو رشته مکمل از طریق پیوندهای هیدروژنی بین بازها به هم متصل شده‌اند. فرآیند همانندسازی باعث کپی‌برداری از اطلاعات ژنتیکی و انتقال آن به نسل‌های بعدی سلول می‌شود.

ساختار کروموزوم‌ها: در طول تقسیم سلولی، DNA فشرده شده و به شکل کروموزوم درمی‌آید. کروموزوم‌ها شامل دو کروماتید خواهری هستند که در نقطه‌ای به نام سانترومر به یکدیگر متصل می‌شوند و در طول میتوز و میوز از یکدیگر جدا شده و به سلول‌های دختر منتقل می‌شوند.

ضرورت همانندسازی دقیق: همانندسازی دقیق DNA برای بقای سلول‌ها و موجودات زنده ضروری است، زیرا هر گونه خطا در این فرآیند می‌تواند باعث جهش‌های ژنتیکی شود و عملکرد سلولی را مختل کند.

خطاها و محدودیت‌ها: با وجود مکانیزم‌های کنترل کیفیت و ترمیم DNA، خطاهایی ممکن است در همانندسازی رخ دهند. علاوه بر این، به دلیل مشکل همانندسازی انتهایی در DNA خطی، انتهای کروموزوم‌ها به‌طور کامل همانندسازی نمی‌شوند و این موضوع منجر به کوتاه شدن تدریجی تلومرها در هر تقسیم سلولی می‌شود که ارتباط مستقیمی با فرآیند پیری دارد.

بخش ۳: تلومرها – کلاهک‌های محافظ

تلومرها چه هستند؟ تلومرها توالی‌های تکراری DNA هستند که در انتهای کروموزوم‌های یوکاریوتی قرار دارند و از اطلاعات ژنتیکی در طول تقسیم‌های متوالی محافظت می‌کنند.

کشف و ساختار تلومرها: الیزابت بلکبرن و جک زاستاک برای اولین‌بار تلومرها را شناسایی کردند. در انسان، تلومرها شامل توالی تکراری TTAGGG هستند که صدها تا هزاران بار تکرار شده و در انتهای کروموزوم‌ها قرار می‌گیرند.

نقش تلومرها در محافظت: تلومرها مانند سد حفاظتی، از انتهای کروموزوم‌ها در برابر تخریب، اتصال اشتباه به کروموزوم‌های دیگر و شکستگی محافظت می‌کنند.

جلوگیری از بی‌ثباتی ژنومی: تلومرها مانع از اتصال انتها به انتهای کروموزوم‌ها شده و از بروز بی‌ثباتی ژنومی جلوگیری می‌کنند، عاملی که می‌تواند به سرطان منجر شود.

کوتاه شدن تلومرها: در هر تقسیم سلولی، به دلیل مشکل همانندسازی انتهایی، بخشی از تلومرها کوتاه می‌شود، که با گذشت زمان و تقسیم‌های مکرر، طول آن‌ها کاهش می‌یابد.

بخش ۴: تلومراز – آنزیمی که تلومرها را بازسازی می‌کند

کشف و اجزای تلومراز: تلومراز توسط بلکبرن، گریدیر و زاستاک کشف شد. تلومراز دارای دو بخش اصلی است: TERT (بخش پروتئینی با فعالیت معکوس رونویسی) و TERC (RNA الگو برای اضافه شدن توالی‌های تکراری).

عملکرد تلومراز: تلومراز با افزودن توالی‌های TTAGGG به انتهای تلومرها از کوتاه شدن آن‌ها جلوگیری کرده و به حفظ طول تلومر کمک می‌کند.

فعالیت تلومراز در برخی سلول‌ها: تلومراز در سلول‌های زایشی، سلول‌های بنیادی و برخی سلول‌های ایمنی فعال است و اجازه می‌دهد این سلول‌ها بارها تقسیم شوند بدون اینکه اطلاعات ژنتیکی حیاتی از بین برود.

عدم فعالیت در سلول‌های سوماتیک: در بیشتر سلول‌های سوماتیک، تلومراز غیرفعال است، که یک مکانیسم حفاظتی برای جلوگیری از تقسیم بی‌رویه و جلوگیری از تشکیل سلول‌های سرطانی محسوب می‌شود.

بخش ۵: کوتاه شدن تلومر و پیری سلولی

حد هایفلیک و پیری تکثیری: حد هایفلیک به تعداد تقسیمات محدودی اشاره دارد که یک سلول انسانی می‌تواند قبل از توقف تقسیمات خود انجام دهد، که این توقف ناشی از کوتاه شدن تدریجی تلومرها است.

علل کوتاه شدن تلومر: تقسیمات مکرر سلولی، استرس اکسیداتیو و آسیب‌های ناشی از رادیکال‌های آزاد از عوامل تسریع‌کننده کوتاه شدن تلومرها هستند.

پیری سلولی به‌عنوان سد ضد سرطان: پیری سلولی با توقف چرخه سلولی در سلول‌هایی با تلومرهای کوتاه، از تقسیم غیرقابل کنترل سلول‌ها و بروز سرطان جلوگیری می‌کند.

پاسخ به آسیب DNA: زمانی که تلومرها بیش از حد کوتاه می‌شوند، سیگنال‌های آسیب DNA فعال می‌شوند و باعث توقف چرخه سلولی، فعال شدن مسیرهای ترمیم یا ورود سلول به آپوپتوز می‌شوند، که این فرآیند بخشی از پیری طبیعی و مکانیزم حفاظت بدن از سرطان است.

بخش ۶: تلومرها، تلومراز و پیری در موجودات زنده

مطالعات طول تلومر و طول عمر: تحقیقات نشان داده است که گونه‌هایی با طول تلومر بلندتر معمولاً طول عمر بیشتری دارند، اگرچه این رابطه تحت تأثیر عواملی مانند متابولیسم و نرخ تقسیم سلولی است.

مطالعات انسانی: کاهش طول تلومر با بیماری‌های مرتبط با سن مانند بیماری‌های قلبی، دیابت و برخی سرطان‌ها مرتبط است.

نقش تحلیل تلومر در بازسازی بافت: کوتاه شدن تلومرها منجر به کاهش توانایی سلول‌های بنیادی برای بازسازی بافت‌ها می‌شود و در نتیجه بافت‌ها قدرت ترمیم خود را از دست می‌دهند.

پارادوکس تلومراز: فعال‌سازی مجدد تلومراز ممکن است به جاودانگی سلولی منجر شود، اما می‌تواند خطر سرطان را افزایش دهد.

بخش ۷: سرطان و تلومراز

سلول‌های سرطانی و تلومراز: بسیاری از سلول‌های سرطانی با فعال‌سازی مجدد تلومراز، طول تلومر خود را حفظ کرده و نامیرا می‌شوند.

پتانسیل تکثیر نامحدود: تلومراز به سلول‌های سرطانی اجازه می‌دهد بدون محدودیت تقسیم شوند، عاملی که در پیشرفت تومورها نقش دارد.

تلومراز به‌عنوان هدف درمانی: مهار تلومراز یکی از استراتژی‌های درمان سرطان است تا تقسیم بی‌رویه سلول‌های سرطانی کنترل شود.

بخش ۸: آیا می‌توان با دستکاری تلومرها طول عمر را افزایش داد؟

آزمایشات در موش‌ها: فعال‌سازی تلومراز در موش‌ها منجر به افزایش طول عمر و بهبود عملکرد بافتی شده است.

مطالعات ژن‌درمانی: ژن‌درمانی با هدف افزایش فعالیت تلومراز چالش‌هایی از جمله خطر ابتلا به سرطان دارد.

مکمل‌ها و ریسک‌ها: مکمل‌های فعال‌کننده تلومراز معرفی شده‌اند، اما کارایی و ایمنی آن‌ها نیاز به بررسی بیشتری دارد.

تعادل طول عمر و سرطان: افزایش فعالیت تلومراز ممکن است طول عمر را افزایش دهد، اما خطر سرطان را نیز بالا می‌برد، بنابراین باید تعادل دقیقی برقرار شود.

بخش ۹: فراتر از تلومرها – عوامل دیگر در پیری

تغییرات اپی‌ژنتیک: تغییرات در الگوی متیلاسیون DNA و ساختار کروماتین در پیری نقش دارد.

پروتئوستاز: از دست دادن تعادل پروتئین‌ها منجر به تجمع پروتئین‌های آسیب‌دیده و پیری می‌شود.

تنظیم دریافت مواد مغذی: مسیرهای mTOR و انسولین/IGF-1 در پیری و طول عمر نقش دارند.

تحلیل سلول‌های بنیادی: کاهش تعداد و عملکرد سلول‌های بنیادی در طول عمر منجر به پیری بافت‌ها می‌شود.

پیری التهابی: التهاب مزمن در سطح پایین (inflammaging) با پیری و بیماری‌های مرتبط با سن مرتبط است.

بخش ۱۰: تحقیقات جاری و آینده

پیشرفت در اندازه‌گیری تلومر: تکنیک‌های جدید اندازه‌گیری دقیق طول تلومر را امکان‌پذیر کرده است.

مهارکننده‌های تلومراز: به‌عنوان درمانی برای سرطان در حال توسعه هستند.

آزمایشات فعال‌سازی تلومراز: در درمان بیماری‌های مرتبط با پیری در حال انجام است.

CRISPR: ویرایش ژنی برای مدیریت طول تلومر آینده درمان‌های دقیق‌تر را نوید می‌دهد.

پیامدهای اخلاقی: افزایش طول عمر نگرانی‌های اخلاقی و اجتماعی مانند توزیع منابع و کیفیت زندگی را مطرح می‌کند.

چرا پیر می‌شویم و نقش تلومر در آن چیست؟

در تمام فرهنگ‌ها، زمان‌ها و مکان‌ها، افسانه‌هایی درباره رویای جاودانگی انسان وجود دارد، افسانه‌هایی که در آن‌ها فرد یا افرادی به جاودانگی دست می‌یابند. دانشمندان نیز همواره و در هر کجا به دنبال راهی برای افزایش طول عمر انسان و رهایی او از مرگ بوده‌اند. پیر شدن و مرگ، کابوس دائمی انسان بوده و هست. حال این سؤال پیش می‌آید که چرا ما پیر می‌شویم؟

مگر این‌طور نیست که در سنین پیری نیز بسیاری از سلول‌های ما مثل سنین جوانی تقسیم می‌شوند تا سلول‌های جوان‌تری تولید کنند؟ پس چه اتفاقی باعث آسیب‌پذیری و تخریب تدریجی سلول‌ها و بدن ما در کهنسالی می‌شود؟ این سؤالی است که باید از علم زیست‌شناسی بپرسیم. اما پیش از آن، بد نیست با مقدماتی درباره دستگاه ژنتیک موجودات زنده آشنا شویم.

مثل همیشه، رمزهای ژنتیکی

هر زمان که صحبت از ویژگی‌های زیستی جانداران زنده می‌شود، بحث رمزهای ژنتیکی یعنی DNA نیز مطرح می‌شود. با این حال، شاید کمتر کسی شنیده باشد که پیر شدن ما نیز در همین رمزهای ژنتیکی کد شده است. برای درک بهتر این موضوع، قبل از پرداختن به آن، لازم است بررسی کنیم این کدهای ژنتیکی چه هستند و چه ساختاری دارند.

جایگاه ژن‌ها در یاخته‌ها

کوچک‌ترین واحد سازنده بدن موجودات زنده، سلول است. برخی موجودات مانند باکتری‌ها و آمیب‌ها تنها از یک سلول ساخته شده‌اند و برخی دیگر مانند انسان، کاج‌ها و قارچ‌های چتری از چندین سلول تشکیل شده‌اند. هر سلول اندامک‌های متعددی دارد که بسته به نوع جاندار و وظیفه سلول متفاوت هستند.

ساختار خارجی این سلول‌ها نیز ممکن است متفاوت باشد؛ به‌عنوان مثال، سلول‌های گیاهی و قارچ‌های پرسلولی دارای دیواره اسکلتی هستند، اما سلول‌های جانوری فاقد این دیواره‌اند. یا گلبول‌های قرمز از اندامک‌های خود خالی شده‌اند تا بتوانند بیشترین حجم ممکن اکسیژن را حمل کنند.

بسته به اینکه سلول‌ها اندامک داشته باشند یا خیر، می‌توان سلول‌های جانداران را به دو نوع کلی تقسیم کرد:

• سلول‌های پروکاریوت (Prokaryote) مانند سلول‌های باکتری‌ها که فاقد هسته و اندامک هستند.

• سلول‌های یوکاریوت (Eukaryote) مانند سلول‌های آغازیان، گیاهان، جانوران و قارچ‌ها.

سلول‌های پروکاریوت هیچ اندامک غشاداری در درون خود ندارند و DNA آن‌ها حلقوی است و به جداره داخلی غشای سلول وصل شده و در سیتوپلاسم (مایع درون‌سلولی) سلول شناور است. اما در سلول‌های یوکاریوت، DNA خطی بوده و درون اندامکی به نام هسته (Nucleus) قرار دارد. هسته، اندامکی معمولاً کروی یا بیضوی است که فضای داخلی خود را به وسیله دو غشا از محیط سلول جدا می‌کند. درون هسته، اجزایی چون مولکول‌های DNA، مولکول‌های RNA و اجزای کوچک دیگر وجود دارند. کدهای ژنتیکی که پیش‌تر از آن‌ها صحبت کردیم، در اصل روی مولکول‌های DNA قرار گرفته‌اند.

DNA چیست؟

DNA مخفف عبارت دئوکسی‌ ریبونوکلئیک اسید (DeoxyriboNucleic Acid) است. هر DNA یک ابرمولکول نردبانی‌شکل و پیچ‌خورده است که از واحدهای کوچک‌تری به نام نوکلئوتید (Nucleotide) ساخته شده است. هر نوکلئوتید از یک گروه فسفات، یک قند دئوکسی ریبوز پنج‌کربنه و یک باز آلی تشکیل شده است. گروه فسفات هر نوکلئوتید به گروه قندی نوکلئوتید بعدی متصل می‌شود.

گفتیم که DNA شبیه یک نردبان است؛ با اتصال قندها و فسفات‌های نوکلئوتیدها به صورت زنجیره‌وار، یک سمت این نردبان ساخته می‌شود. اما چگونه این نیمه نردبان به سمت مقابل متصل می‌شود؟

دو نیمه مکمل

ساختار قند و فسفات در نوکلئوتیدها یکسان است، اما بسته به نوع باز آلی کنار آن‌ها، در DNA چهار نوع نوکلئوتید خواهیم داشت:

• سیتوزین (C)

• گوانین (G)

• آدنین (A)

• تیمین (T)

این بازها دو به دو با یکدیگر رابطه مکمل دارند؛ به این صورت که:

• سیتوزین با گوانین

• آدنین با تیمین

جفت می‌شوند. به این ترتیب، دو نیمه نردبان به هم متصل شده و نردبان کامل DNA ساخته می‌شود. در واقع، این تعداد و نوع چینش بازهای آلی است که رمز ژنتیکی جانداران زنده را می‌سازد و باعث تفاوت آن‌ها از یکدیگر می‌شود.

از DNA تا کروموزوم

هر مولکول DNA فوق‌العاده طویل است، به همین دلیل فشرده می‌شود و پیچ می‌خورد تا به صورت ساختاری متراکم به نام کروموزوم (Chromosome) درآید. در انسان، ۲۳ جفت کروموزوم وجود دارد، یعنی ۲۳ جفت مولکول DNA در هر هسته سلول بدن انسان قرار گرفته است.

هر کروموزوم که اغلب شکلی شبیه حرف X دارد، از دو نیمه عمودی تشکیل شده است که به هر کدام کروماتید می‌گوییم. دو کروماتیدی که در یک کروموزوم قرار گرفته‌اند، کروماتید خواهری نامیده می‌شوند و در محلی به نام سانترومر به هم متصل می‌شوند.

اما نکته مهم اینجاست که در انتهای هر کروماتید، بخشی از DNA قرار دارد که در فرآیند پیر شدن نقش اساسی دارد.

دردسرهای یوکاریوتی

همان‌طور که پیش‌تر توضیح داده شد، هر گروه فسفات در DNA از یک سو به قند نوکلئوتید خود و از سوی دیگر به قند نوکلئوتید مجاور متصل می‌شود تا نردبان طویل DNA را بسازد. این قندها پنج‌کربنه هستند. اتصال فسفات به قند نوکلئوتید خودش از طریق کربن شماره ۵ قند انجام می‌شود و به قند نوکلئوتید بعدی از طریق کربن شماره ۳ متصل می‌شود.

از این رو، هر نیمه نردبان DNA جهت‌دار است و جهت این دو نیمه نیز مخالف یکدیگر است. یعنی (همان‌طور که در تصویر ۲ دیده می‌شود) آخرین قند یک انتهای یکی از دو نیمه DNA کربن ۳ آزاد دارد، در حالی‌که رشته مقابل با کربن ۵ متصل به گروه فسفات پایان می‌یابد.

هر بار که یکی از سلول‌های یوکاریوتی (با DNA خطی) تقسیم می‌شود، لازم است DNA همانندسازی شود تا هر دو سلول تازه و جوان، DNA جدید و یکسانی داشته باشند. در این فرآیند، دو رشته DNA از یکدیگر باز می‌شوند تا همانندسازی انجام شود، اما به دلیل آسیب‌پذیری شدید DNA در حالت باز، این باز شدن تدریجی است؛ به این صورت که بخشی از DNA باز شده، همانندسازی انجام می‌شود و مجدد بسته می‌شود، سپس بخش بعدی باز می‌شود.

در DNA نقاطی وجود دارند که کد آن‌ها به معنای «آغاز همانندسازی از این نقطه» است. در این نقاط، فرآیند ساخت رشته جدید DNA مقابل رشته قدیمی آغاز می‌شود و در مقابل هر رشته، رشته‌ای جدید ساخته می‌شود. اما هنگامی که ماشین ساخت DNA به انتهای رشته می‌رسد، دیگر چنین نقطه‌ای را پیدا نمی‌کند. این موضوع یک مشکل مهم است، زیرا ماشین ساخت DNA تنها قادر است رشته جدید را از جهت ۵ به ۳ بسازد (علت این نام‌گذاری به دلیل جایگاه کربن‌های قند در نوکلئوتیدها است). بنابراین اگر در انتهای DNA نقطه آغازگری وجود نداشته باشد، آن بخش از DNA قابلیت همانندسازی نخواهد داشت و با هر بار همانندسازی، بخشی از DNA از دست می‌رود و کوتاه می‌شود.

طبیعی است اگر اطلاعات ژنتیکی مهمی در این بخش‌های از دست‌رفته قرار داشته باشد، این اطلاعات به سلول جدید منتقل نخواهد شد و عملکرد سلول دختر دچار اختلال می‌شود.

تلومر: چاره‌جویی تکاملی

اما تکامل برای حل این مشکل، تدبیری اندیشیده است. توالی‌های DNA در بخش انتهایی کروموزوم‌ها معنای خاصی ندارند و در عمل، هیچ ژن مهمی در این قسمت‌ها وجود ندارد که از بین رفتن آن‌ها موجب حذف اطلاعات حیاتی شود. به این بخش انتهایی و بی‌معنی از رشته DNA، تلومر (Telomere) گفته می‌شود که به معنی «قطعه نهایی» است.

به علاوه، آنزیمی به نام تلومراز (Telomerase) وجود دارد که قطعه جدیدی از همان توالی بی‌معنی و از دست رفته تلومر را در انتهای DNA جدید اضافه می‌کند.

در پستانداران، توالی تلومر با ترتیب بازهای آلی TTAGGG شناخته می‌شود که حدود ۱۰۰ تا ۲۵۰۰ بار در انتهای هر رشته DNA تکرار شده‌اند. تلومر در نهایت یک ساختار حلقوی تشکیل می‌دهد که باعث محافظت انتهای DNA از آسیب‌هایی مانند ایجاد پیوستگی‌های نابجا، تخریب به وسیله برخی آنزیم‌ها و ... می‌شود. این تلومرها در انتهای کروموزوم‌ها فشرده می‌شوند.

اگر تلومراز وجود دارد، پس چرا ما پیر می‌شویم؟

ممکن است این سؤال برای شما پیش بیاید که اگر تلومراز وجود دارد و طول تلومرها را حفظ می‌کند، پس چرا با هر تقسیم سلولی DNA ما کوتاه می‌شود و پیر می‌شویم؟

پاسخ این است که تلومراز در اکثر سلول‌های بدن ما طی فرآیند تمایز و تعیین سرنوشت، مهار می‌شود. تمایز، فرآیند تخصصی شدن سلول‌های بنیادی برای تشکیل بافت‌های مختلف بدن است و در این فرآیند، نقش و عملکرد هر سلول مشخص شده و سلول متناسب با وظیفه خود تغییرات ساختاری می‌یابد.

به این ترتیب، در سلول‌های تمایز یافته و تخصصی‌شده بدن، تلومراز غیرفعال می‌شود و با هر بار تقسیم و همانندسازی، بخشی از تلومرها کوتاه می‌شوند. در واقع، تلومراز فقط در سلول‌های زایشی، سلول‌های بنیادی، گویچه‌های سفید خون و تعداد کمی از دیگر سلول‌ها فعال باقی می‌ماند.

سلول‌های زایشی که وظیفه ساخت نسل بعدی را بر عهده دارند، به تلومر نیاز دارند. سلول‌های بنیادی نیز که باید جایگزین سلول‌های آسیب‌دیده شوند، برای حفظ توانایی تقسیم مکرر خود به تلومر نیازمند هستند.

اما در اکثر سلول‌های بدن، تلومر با هر تقسیم کوتاه‌تر می‌شود. وقتی تلومر به حدی کوتاه شود که دیگر نتواند از DNA محافظت کند، آسیب‌های جدی به بخش معنادار DNA وارد می‌شود. در این مرحله، سلول پیام‌هایی دریافت می‌کند که چرخه سلولی را متوقف کرده و سلول را به سمت مرگ برنامه‌ریزی‌شده (Apoptosis) هدایت می‌کنند.

زمانی که تعداد زیادی از سلول‌های موجود در بدن توانایی تقسیم و رشد خود را از دست می‌دهند و به سمت مرگ سلولی می‌روند، عملکرد بافت‌ها مختل شده و پیری فیزیولوژیک آغاز می‌شود. البته در سلول‌هایی مانند سلول‌های ماهیچه‌ای، نورون‌ها و سلول‌های قلبی که تقسیم سلولی ندارند، این مسئله رخ نمی‌دهد.

پژوهش‌ها نشان می‌دهد سلول‌های جوان بدن انسان قادرند حدود ۵۰ بار تقسیم شوند و سپس از بین می‌روند. عواملی مانند آفتاب‌سوختگی و یبوست شدید که باعث آسیب به بافت‌ها می‌شوند (به ترتیب در پوست و دیواره داخلی روده)، نیاز به تقسیم سلولی را افزایش می‌دهند و این تکرار موجب پیری زودرس و افزایش احتمال بروز سرطان می‌شود.

سلول‌های سرطانی از سلول‌هایی به وجود می‌آیند که تلومر کوتاه شده دارند و قرار است از بین بروند، اما به جای فعال‌سازی مرگ برنامه‌ریزی‌شده، آنزیم تلومراز را فعال می‌کنند و به تقسیم کنترل‌نشده ادامه می‌دهند.

هرچه سرطان پیشرفت کند، سلول‌های سرطانی تمایززدایی بیشتری پیدا می‌کنند، شکل تخصصی خود را از دست می‌دهند، از بافت اطراف جدا می‌شوند و شبیه سلول‌های بنیادی شده، در سراسر بدن پخش می‌شوند و بیمار را به کام مرگ می‌برند.

جانوران نامیرا

نوعی کرم پهن (پلاناریا) وجود دارد که به لحاظ تئوری نامیرا است؛ یعنی پیر نمی‌شود و حتی اگر به دو نیم تقسیم شود، هر نیمه به یک کرم کامل تبدیل می‌شود. البته در عمل، عواملی مانند شکار، بیماری و رقابت برای غذا از افزایش بیش از حد آن جلوگیری می‌کنند.

به نظر می‌رسد کرم پهن به جاودانگی مورد نظر انسان نزدیک شده باشد و دلیل آن چیزی جز آنزیم تلومراز نیست. تلومراز در تمام سلول‌های کرم پهن فعال است و به‌طور مداوم از کوتاه شدن تلومر پس از تقسیم سلولی جلوگیری می‌کند و به سلول‌های پلاناریا اجازه می‌دهد همواره سلول‌های جوان تولید کرده و جایگزین سلول‌های قدیمی کنند.

تلومراز، دوست یا دشمن؟

ممکن است این پرسش پیش بیاید که آیا علم نمی‌تواند با فعال‌سازی تلومراز در سلول‌های بدن انسان، او را به جاودانگی نزدیک کند؟

واقعیت این است که فعال‌سازی تلومراز در سلول‌های بدن انسان خطراتی جدی مانند سرطان به همراه دارد. قوی‌ترین فرضیه درباره ایجاد سرطان این است که در تعداد کمی از سلول‌ها جهشی رخ می‌دهد که منجر به فعال‌سازی تلومراز می‌شود. در نتیجه، طول تلومرها حفظ شده و سلول‌هایی شبیه به سلول‌های بنیادی نامیرا تولید می‌شوند که با سایر سلول‌های بدن رقابت کرده و به شکل کنترل‌نشده تقسیم می‌شوند.

بنابراین فعال‌سازی تلومراز که می‌توانست راهی برای جاودانگی باشد، به یکی از خطرناک‌ترین بیماری‌های جهان تبدیل می‌شود.

به همین دلیل، در درمان سرطان از واکسن‌ها و مواد شیمیایی برای مهار تلومراز در سلول‌های سرطانی استفاده می‌شود. اما این کار مشکلاتی به‌دنبال دارد؛ زیرا تلومراز در سلول‌های سالمی مانند سلول‌های بنیادی، زایشی و گویچه‌های سفید نیز مهار می‌شود و این موضوع موجب مشکلاتی در باروری، رشد موها، ترمیم زخم‌ها و عملکرد سیستم ایمنی بدن می‌شود.

چه چیزهای دیگری ما را پیر می‌کنند؟

علاوه بر تلومر، عوامل دیگری نیز در روند پیری نقش دارند. تحقیقات نشان داده است که سیگار کشیدن، چاقی، قرار گرفتن در معرض آلاینده‌ها، فشارهای روانی و مصرف غذاهای حاوی لینولئیک اسید (که در مرغ، چیپس، مایونز، پاستا، پیتزا و ...) وجود دارد، فرآیند کوتاه شدن تلومر را تسریع کرده و طول عمر انسان را کاهش می‌دهد.

رویای جاودانگی انسان از طریق علم زیست‌شناسی هنوز محقق نشده است. با این حال، انسان قرن بیست و یکم به روش‌های دیگری برای جاودانگی فکر می‌کند؛ از جمله دیجیتال کردن هوشیاری انسان که مطالعه آن نیز جذاب و قابل توجه است.

شاید سال‌ها بعد، فردی این نوشته‌های ما را مطالعه کند و همان‌طور که اکنون داستان سفر به ماهِ ژول ورن برای ما عجیب و خنده‌دار است، به آرزوهای ما بخندد و برای جشن تولد ۱۹۳۵ سالگی خود برنامه‌ریزی کند!

نتیجه‌گیری

تلومرها و تلومراز در درک زیست‌شناسی پیری نقش اساسی دارند. کوتاه شدن تلومر از سرطان جلوگیری می‌کند، اما به پیری منجر می‌شود. درمان‌های آینده ممکن است تعادلی بین سلامت و ریسک سرطان ایجاد کنند. تلاش برای افزایش طول عمر سالم همچنان یک حوزه تحقیقاتی فعال باقی مانده است.